JP3988292B2

JP3988292B2 - 車両用発電制御装置

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Publication number: JP3988292B2
Application number: JP34599298A
Authority: JP
Inventors: 冬樹前原; 博英佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: JPH11262299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン制御装置等からの指示に応じた車両用交流発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、その負荷状態が変化した場合であっても出力電圧をほぼ一定に維持するために発電制御装置が接続されている。特に最近では、車両に備わった外部制御装置（例えばエンジン制御装置ＥＣＵ）から発電制御装置に対して所定の設定信号を送って、発電制御装置における調整電圧や励磁電流通電率の目標値等を設定することにより、車両の走行状態等に応じた最適な発電制御を行う手法が用いられている。
【０００３】
例えば、特開平５−２６８７３３号公報に開示された車載用発電機の発電制御装置は、エンジンコントロールユニットから送られてくるＰＷＭ信号に基づいて発電機の調整電圧を設定している。また、特開平８−２７５４０７号公報に開示された発電電圧制御装置は、エンジン制御装置から送られてくる車両状態信号に応じた制御動作を行っている。また、特開平７−１８４３３０号公報に開示された電圧調整器は、エンジン制御装置から送られてくるコントロール信号に応じた発電制御を行うとともに、同じ信号線を介して出力モード信号が送られてきた場合には、診断装置による診断内容の出力を行っている。また、この他にも、エンジン制御装置との間で信号の送受を行うものとして、特開平６−２６１４６４号公報に開示された発電機制御装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平５−２６８７３３号公報に開示された発電制御装置では、ＰＷＭ信号に応じて発電機の調整電圧を制御しており、同じ信号線を介して２種類以上の信号を送受することはできないため、調整電圧以外の制御、例えばアイドル時のトルク制御等を並行して行うことができなかった。
【０００５】
また、特開平８−２７５４０７号公報に開示された発電電圧制御装置では、車両状態信号をシリアルの通信方法を用いて送受しており、この車両状態信号に応じてアイドル時の発電率（Ｆｄｕｔｙ）を制御している。しかし、シリアル通信によって送受される信号は、ノイズの影響を受けやすく、データの転送速度を速くできないため、送受可能なデータ量が少なく、数十ステートからなるような車両状態信号や数段階の制御パラメータしか送受できず、複雑な制御が行えなかった。また、シリアル通信を行う場合には、エンジン制御装置と発電制御装置の両方に専用のＩＣを備える必要があり、構成が複雑になって部品コストが上昇する。
【０００６】
また、この発電制御装置を用いることにより、発電率を調整して発電率の増加速度である徐励時間の設定や変更を行う制御が可能になるが、このような制御はエンジン制御装置等から送られてくる信号に基づいて行うことになるため、信号線が断線したり、エンジン制御装置等が故障した場合には、徐励時間に関する制御が行われず、エンジンストールが発生するおそれがあった。また、この発電制御装置では、エンジン制御装置等から送られてきた複数種類の信号の設定値を保持して、この保持された設定値を用いて発電制御を行っているため、ノイズ等によって誤った内容の設定値が保持された場合には、それ以後の発電制御がこの誤った内容の設定値に基づいて行われてしまうという不都合があった。このように、上述した発電制御装置は、信号が遮断された場合に無制御状態になり、しかもノイズ等に弱いという問題があった。
【０００７】
また、特開平７−１８４３３０号公報に開示された電圧調整器は、エンジン制御装置から送られてくる２種類の信号を識別しているが、一方は出力モード信号であり、電圧調整器では出力モード信号であることのみを認識できればよい。したがって、コントロール信号が２種類以上あるような複雑な場合を想定しておらず、これではエンジン制御装置との連携を取りながら電圧調整器によって数々の制御を行うといったことができなかった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数種類の制御信号を送受することができ、複雑な制御が可能な車両用発電制御装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、制御信号を受信できない場合の無制御状態を防止するとともに、ノイズ等による影響が少ない車両用発電制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、互いに周期が異なる複数のパルス信号のいずれかを受信したときに、その周期から信号の種類を判別して、設定しようとする制御変数を決定し、そのデューティ比を検出して、制御変数の具体的な設定を行っており、複数種類の制御信号に基づく複雑な制御が可能となる。例えば、車両やバッテリの状態に応じて、充電性能や燃費の向上を目的とした発電制御が可能になるだけでなく、エンジン制御装置等の信号の送信側において、制御のアルゴリズムや設定値の変更が必要になった場合であっても、単にソフトウエアを変えるだけで対処することができる。したがって、急な仕様変更が必要になっても短期間で対応でき、車両毎に仕様が異なっても発電制御装置の品種を増やすことなく対応することができる。また、ＰＷＭ信号によるデータ通信が基本となっており、デューティ比によって制御変数の具体的な設定を行うため、シリアル通信による場合に比べるとノイズの影響を受けにくく、高速に制御信号の送受を行うことができる。さらに、ＰＷＭ信号の周期とデューティ比は、信号の送信側においてソフトウエアで容易に変更することができ、しかも各種の制御変数の設定は必ずしもリアルタイムな処理を必要としない。したがって、エンジン制御装置から信号を送信する場合であっても処理の負担が軽く、エンジン制御等の他の処理に負担をかけることもない。このため、本発明の車両用発電制御装置は、ほとんどの車両に搭載されたエンジン制御装置と組み合わせて用いることができ、汎用性に優れている。
【００１１】
また、受信した信号のデューティ比が所定の範囲に含まれている場合、例えば１０〜９０％の範囲内で制御変数の設定を行うようにすることが好ましい。デューティ比が極端に小さい場合や大きい場合とは、信号線に重畳したノイズを検出している場合も含まれるため、このような範囲に含まれるデューティ比を制御変数の設定から除外することにより、ノイズによる誤設定を回避することができる。
【００１２】
また、上述したように各種の信号のデューティ比に応じて制御変数を設定する代わりに、パルス信号の波高値の大小に応じて制御変数を設定するようにしてもよい。デューティ比を検出する場合に比べると、波高値を検出する方が回路規模を小さくすることができるため、コストを下げることができる。
【００１３】
また、所定時間内に受信しないいずれかの種類の信号がある場合には、この信号に応じて設定される制御変数を予め設定された値に変更することが好ましい。このように、所定時間検出できない信号についてはデフォルト値に設定されるため、信号の送信側の装置では、デフォルト値以外で制御したい信号についてのみ信号を送信すればよく、負担が軽く、しかも送信サイクルを短くして高速な制御が可能となる。また、信号線が断線した場合に、断線前に送信した信号が特殊なものであっても（例えば、減速時に発電機に強制発電をさせるために調整電圧を１５Ｖに設定するような場合）、所定時間経過の後に制御変数がデフォルト値に再設定されるので、設定値が異常なために過充電や充電不足になるといった不都合はない。さらに、一時的な信号入力に応じて制御変数が長時間ホールドされることがないため、ノイズ等を正常な信号として誤って受信した場合であっても、誤動作は短時間で終了し、その影響を少なくすることができる。
【００１４】
また、上述した制御変数には、発電機の発電電圧目標値を含めることが好ましい。発電機の発電電圧を多段階に設定することができるため、車両の走行状態に応じた最適な目標電圧が設定可能であり、バッテリの過充電や充電不足を低減することができる。
【００１５】
また、上述した制御変数には、発電機の界磁巻線に対する通電をスイッチングするスイッチング手段の導通率の上限値を含めることが好ましい。発電機の稼働率を多段階に設定することができるため、例えばエンジン始動時の発電抑制による発電機トルクの低減を行う場合に、エンジン温度に応じた必要最小限の発電抑制が可能であり、バッテリの充電不足を低減することができる。
【００１６】
また、上述した制御変数には、発電機の界磁巻線に対する通電をスイッチングするスイッチング手段の導通率の増加速度の上限値を含めることが好ましい。発電機の発電量の増加速度（徐励時間）を多段階に設定することができるため、エンジン回転数に応じた最適な徐励時間の設定が可能になり、エンジンストールを防止することができるとともに、走行時の不要な徐励制御をなくすことができるため負荷増大時の不必要な徐励制御によってヘッドランプが暗くなるといった不都合を防止することができる。
【００１７】
また、制御変数にスイッチング手段の導通率の上限値が含まれる場合に、この導通率の上限値に対応する信号が所定時間内に受信できないときには導通率の増加速度の上限値を予め設定された値に変更し、受信できたときにはこの導通率の増加速度の上限値を大きく設定するかあるいは設定をなくすことが好ましい。導通率の上限値に対応する信号が受信可能な場合には、この上限値を可変することにより導通率の増加速度を制御することができるため、この増加速度の上限値を大きく設定、あるいは全く設定しなくても、エンジンに対して急激に負荷が加わることがない。また、導通率の上限値に対応する信号を受信できない場合、例えば信号線が断線した場合や信号の送信元となるエンジン制御装置等が故障した場合であっても、導通率の増加速度の上限値（徐励時間）が予め設定された値となるため、徐励時間が極端に短くなってエンジンに加わる負荷が急増してエンジンストール等の不都合が生じることもない。
【００１８】
また、上述した各種の制御変数を設定するために用いられる複数のパルス信号は、所定の順番で周期的に入力することが好ましい。信号が入力される順番および周期が決まっているため、所定時間内に入力された信号を調べることにより、入力されない信号を認識することができ、信号入力の有無を調べるために複雑なロジック回路等を追加する必要がない。
【００１９】
また、所定時間内に受信しない信号に対応する制御変数を予め設定された値に変更する場合に、この所定時間の設定を、複数のパルス信号が繰り返し入力される周期以上とすることが好ましい。信号が入力されないときに、対応する制御変数の値を確実に予め設定された値（デフォルト値）とすることができるため、信号を受信できない場合に無制御状態となることを防止することができる。また、繰り返し入力される信号に基づいて制御変数の値を設定しているため、ノイズ等による誤設定が発生した場合であっても、次の周期で入力される信号によってその誤設定が正しい内容に変更されるため、ノイズ等による影響を最小限に抑えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一の実施形態の車両用発電制御装置（以下、「レギュレータ」と称する）について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２１】
図１は、本発明を適用した一実施形態のレギュレータの構成を示す図であり、あわせてこのレギュレータと車両用交流発電機（以下、「オルタネータ」と称する）およびエンジン制御装置（ＥＣＵ）等との接続状態が示されている。
【００２２】
図１において、レギュレータ１はオルタネータ２の出力電圧（発電電圧）をほぼ一定（例えば１４．５Ｖ）に制御するためのものであり、キースイッチ３がオン状態になってバッテリ４がＥＣＵ５に接続されると、ＥＣＵ５から数々の制御信号が送られてきて、これら複数種類の制御信号に応じた発電制御を行う。
【００２３】
オルタネータ２は、固定子であるステータに含まれる３相のステータコイル２０と、このステータコイル２０の３相出力を全波整流するために設けられた整流器２２と、回転子であるロータに含まれる界磁巻線としてのロータ巻線２４とを含んでいる。このオルタネータ２の出力電圧の制御は、ロータ巻線２４に対する通電をレギュレータ１によって適宜オンオフ制御することにより行われる。
【００２４】
レギュレータ１は、上述したロータ巻線２４に直列に接続されてオンオフ制御によって通電を行うスイッチング手段としてのスイッチングトランジスタ１２と、ロータ巻線２４に並列に接続されて巡回電流を流すフライホイールダイオード１４と、スイッチングトランジスタ１２のオンオフ状態を制御する発電制御回路１６と、ＥＣＵ５から送られてくる各種の制御信号を受信して対応する制御変数の設定を行う外部信号受信回路１８とを含んで構成されている。
【００２５】
図２は、レギュレータ１に含まれる外部信号受信回路１８の構成を示すブロック図である。同図に示すように、外部信号受信回路１８は、ＥＣＵ５から送られてくる複数種類の信号のそれぞれの周期を検出する周期検出手段としての周期検出部３０と、周期検出部３０によって検出された周期の値に基づいて信号の種類を判別する信号種類判別手段としての信号種類判別部４０と、受信した信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段としてのデューティ比検出部５０と、信号種類判別部４０によって判別された種類の信号に対応する制御変数の値を、デューティ比検出部５０によって検出された信号のデューティ比に応じて設定する変数設定手段としての制御変数設定部６０とを備えている。
【００２６】
本実施形態においては、ＥＣＵ５から送られてくる制御信号としては、▲１▼制限Ｆｄｕｔｙ信号、▲２▼発電電圧目標信号、▲３▼徐励時間信号の３種類が少なくとも含まれている。▲１▼制限Ｆｄｕｔｙ信号は、ロータ巻線２４に対して通電を行うスイッチングトランジスタ１２の導通率の上限値を制御変数として設定するためのものである。▲２▼発電電圧目標信号は、図１に示すＢ端子を介して検出されるオルタネータ２の発電電圧の目標値（発電電圧目標値）を制御変数として設定するためのものである。▲３▼徐励時間信号は、スイッチングトランジスタ１２の導通率の増加速度の上限値を制御変数として設定するためのものである。
【００２７】
図３は、３種類の制御信号の波形を示す図である。同図に示すように、例えば制限Ｆｄｕｔｙ信号の周期が１０ｍｓに、発電電圧目標信号の周期が２０ｍｓに、徐励時間信号の周期が４０ｍｓにそれぞれ設定されている。なお、図３に示した各信号は、デューティ比が５０％の場合を示したが、この値は制御変数の設定内容に応じて可変に設定される。
【００２８】
図２に示す周期検出部３０は、ＥＣＵ５から送られてくる制御信号（制限Ｆｄｕｔｙ信号、発電電圧目標信号、徐励時間信号の３種類の信号のいずれか）の周期を検出する。信号種類判別部４０は、周期検出部３０によって検出した周期が１０ｍｓ、２０ｍｓ、４０ｍｓのいずれであるかを調べることにより信号の種類を判別する。
【００２９】
図４は、外部信号受信回路１８の詳細構成を示す図である。キースイッチ３がオン状態になってＥＣＵ５から何らかの制御信号が送られてきてＣＸ端子の電位が高くなると、ＣＸ端子に接続された抵抗２０１とダイオード２０２の直列回路からなるキーオン信号生成回路から電源回路に向けてキーオン信号が出力される。
【００３０】
図５は、電源回路の詳細構成を示す図である。ＥＣＵ５からレギュレータ１に対して送られてくる制御信号は、図３に示したように、いずれもＰＷＭ信号であり、ハイレベルとローレベルが周期的に繰り返されるため、この制御信号によって生成されるキーオン信号も同様の波形を有している。このキーオン信号が電源回路に入力されると、キャパシタ３０１が充電されるため、ＭＯＳトランジスタ３０２のゲートに印加されるバイアス電圧が所定値以上に保持され、このＭＯＳトランジスタ３０２のドレインに接続されたトランジスタ３０３がオン状態になる。このため、ツェナーダイオード３０４に通電が行われ、発生した定電圧Ｖccが各回路に供給されて、図１に示した発電制御回路１６や外部信号受信回路１８が動作を開始する。なお、オルタネータ２が発電を開始した後は、Ｐ端子にステータコイル２０の相電圧が印加され、この相電圧が抵抗３０５を介してＭＯＳトランジスタ３０２のゲートに印加されるため、ＥＣＵ５から制御信号の送信が停止しても、オルタネータ２の発電が停止するまでは、電源回路の動作が維持される。
【００３１】
次に、図４を用いて外部信号受信回路１８の構成と動作を説明する。図４に示す外部信号受信回路１８は、周期検出部３０として動作するトリガパルス（ＴＰ）発生回路２０３、周期検出カウンタ２０４、周期ラッチ２０５と、信号種類判別部４０として動作する信号判別回路２０６、ラッチ信号選択アンド回路２０７、２０８、２０９と、デューティ比検出部５０として動作するオン時間検出カウンタ２１０、オン時間ラッチ２１１、除算回路２１２と、制御変数設定部６０として動作する徐励時間信号ラッチ２１５、発電電圧信号ラッチ２１６、制限Ｆｄｕｔｙ信号ラッチ２１７、徐励時間信号受信間隔検出カウンタ２２１、発電電圧信号受信間隔検出カウンタ２２２、制限Ｆｄｕｔｙ信号受信間隔検出カウンタ２２３とを含んで構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ５からＣＸ端子に入力されたＰＷＭ信号は、抵抗２３０とキャパシタ２３１によって構成されるノイズ除去回路によってノイズが除去され、直列接続された２つのインバータ回路２３３、２３４によって波形整形が行われた後に、トリガパルス発生回路２０３とオン時間検出カウンタ２１０にそれぞれ入力される。
【００３３】
トリガパルス発生回路２０３は、入力されたＰＷＭ信号の立ち上がりに同期したトリガパルスを生成する。周期検出カウンタ２０４は、このトリガパルスがリセット端子に入力されており、トリガパルスの出力間隔をカウントし、そのカウント値（入力されたＰＷＭ信号の周期）が周期ラッチ２０５に保持される。一方、オン時間検出カウンタ２１０は、波形整形後のＰＷＭ信号が反転リセット端子に入力されており、ＰＷＭ信号がハイレベルの間だけカウントを行い、そのカウント値（オン時間）がオン時間ラッチ２１１に保持される。
【００３４】
除算回路２１２は、オン時間ラッチ２１１に保持された値Ｂ（オン時間）を周期ラッチ２０５に保持された値Ａ（周期）で除算することにより、入力されたＰＷＭ信号のデューティ比を計算する。また、除算回路２１２のＥＮＤ端子からは、デューティ比の計算が終了する毎にエンド信号がトリガパルスとして出力される。
【００３５】
また、信号判別回路２０６は、周期ラッチ２０５に保持された値Ａ（周期）に基づいて、周期に応じた３種類の出力信号を選択的にハイレベルにする。例えば、周期ラッチ２０５から入力された周期を選別する閾値としてＴ１＝３０ｍｓｅｃおよびＴ２＝１５ｍｓｅｃが設定されており、Ａ＞Ｔ１であるとき、すなわちＰＷＭ信号が周期４０ｍｓｅｃの徐励時間信号である場合には、アンド回路２０７に対してハイレベルの信号が送られる。また、Ｔ１＞Ａ＞Ｔ２であるとき、すなわちＰＷＭ信号が周期２０ｍｓｅｃの発電電圧目標信号である場合には、アンド回路２０８に対してハイ状態の信号が送られる。Ｔ２＞Ａであるとき、すなわちＰＷＭ信号が周期１０ｍｓｅｃの制限Ｆｄｕｔｙ信号である場合には、アンド回路２０９に対してハイ状態の信号が送られる。
【００３６】
このように、受信したＰＷＭ信号の周期に応じて、選択的に３つのアンド回路２０７、２０８、２０９のいずれかにハイレベルの信号が送られ、このとき除算回路２１２からエンド信号が出力されると、対応するいずれかのラッチ２１５、２１６、２１７に対してのみラッチ信号が入力され、除算回路２１１の出力であるデューティ比がラッチ２１５、２１６、２１７のいずれかに取り込まれて保持される。例えば、徐励時間信号が受信された場合には、アンド回路２０７からラッチ信号が出力され、ラッチ２１５にこの徐励時間信号のデューティ比が保持される。また、発電電圧目標信号が受信された場合には、アンド回路２０８からラッチ信号が出力され、ラッチ２１６にこの発電電圧目標信号のデューティ比が保持される。また、制限Ｆｄｕｔｙ信号が受信された場合には、アンド回路２０９からラッチ信号が出力され、ラッチ２１７にこの制限Ｆｄｕｔｙ信号のデューティ比が保持される。このようにして各ラッチ２１５〜２１７で保持された各種の信号のデューティ比が図１に示した発電制御回路１６に送られる。
【００３７】
なお、デューティ比判定手段としてのデューティ比判定回路２４０は、除算回路２１２から出力されるデューティ比が所定の範囲に含まれている場合に出力をハイレベルにする。デューティ比が極端に小さいあるいは極端に大きいＰＷＭ信号はノイズの影響を受けやすいため、このような範囲を除外したＰＷＭ信号を使用することが好ましい。このために、例えばデューティ比が１０〜９０％の範囲にある場合に、デューティー比判定回路２４０からハイレベルの信号を各アンド回路２０７、２０８、２０９に入力して、上述したラッチ信号の出力動作を有効にしている。
【００３８】
また、ラッチ２１５〜２１７のそれぞれに対応して設けられた３つのカウンタ２２１、２２２、２２３は、所定時間内に、対応するアンド回路２０７〜２０９からラッチ信号が出力されないと、各ラッチ２１５〜２１７のプリセット端子ＰＲにトリガパルスを入力する。プリセット端子ＰＲにトリガパルスが入力されたラッチ２１５〜２１７では、所定のプリセット動作が行われ、予め設定されたデフォルト値がセットされる。デフォルト値としては、例えば、徐励時間５秒に対応する値、発電電圧１４．５Ｖに対応する値、制限Ｆｄｕｔｙ１００％に対応する値がそれぞれ設定されている。
【００３９】
このように、受信したＰＷＭ信号の周期に応じて、データを取り込むラッチ２１５〜２１７を選択し、選択されたいずれかのラッチ２１５〜２１７に除算回路２１２で計算したデューティ比を取り込んで保持しており、任意の制御値が設定可能な複数の制御信号をＥＣＵ５からレギュレータ１に対して送ることができ、レギュレータ１によって複雑な発電制御を行うことが可能になる。
【００４０】
図６は、各種の制御信号のデューティ比と設定値の関係を示す図である。例えば、制限Ｆｄｕｔｙ信号のデューティ比を１０〜９０％の範囲で可変に設定することにより、制限Ｆｄｕｔｙが０〜１００％の範囲で設定される。このため、エンジン始動時等においてオルタネータ２の発電トルクの抑制が必要になった場合に、エンジン温度等に応じて発電抑制量をリニアに設定、変更することが可能となる。
【００４１】
また、発電電圧目標信号のデューティ比を１０〜９０％の範囲で可変に設定することにより、発電電圧目標電圧が１２．０〜１５．０Ｖの範囲でリニアに設定される。このため、減速時の発電量増加や車両の走行状態に応じた発電電圧の目標値の変更が容易であり、最適なバッテリ充電状態を実現することができる。
【００４２】
また、徐励時間信号のデューティ比を１０〜９０％の範囲で可変に設定することにより、徐励時間が１０〜０ｓｅｃの範囲でリニアに設定される。このため、走行時等において徐励制御が不要なときに徐励をキャンセル（０ｓｅｃに設定）して充分な発電量を確保したり、アイドル時に徐励時間を長めに設定してエンジンストールを防止する等の効果がある。
【００４３】
次に、上述した各種の制御信号を用いて各種制御変数を設定する具体例について説明する。図７は、発電制御回路１６の詳細構成を示す図である。
【００４４】
徐励時間の設定は、図４に示したラッチ２１５に保持された値をデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４０１によってアナログ値に変換することにより行われる。Ｄ／Ａ変換器４０１の出力端は抵抗４０２を介してトランジスタ４０３、４０４からなるカレントミラー回路に接続されている。この抵抗４０２によって、Ｄ／Ａ変換器４０１の出力電圧が電流に変換されるため、Ｄ／Ａ変換器４０１の出力電圧が低い場合（図６に示したように、徐励時間が長くて徐励時間信号のデューティ比が小さい場合に相当する）にはこの電流値が小さくなり、反対にＤ／Ａ変換器４０１の出力電圧が高い場合（図６に示したように、徐励時間が短くて徐励時間信号のデューティ比が大きい場合に相当する）にはこの電流値が大きくなる。上述したトランジスタ４０３、４０４からなるカレントミラー回路は、トランジスタ４０５、４０６からなる別のカレントミラー回路を介して徐励コンデンサ４０７に接続されており、Ｄ／Ａ変換器４０１の出力電圧に応じて徐励コンデンサ４０７の充電電流が設定される。したがって、Ｄ／Ａ変換器４０１の出力電圧が低い場合には、徐励コンデンサ４０７に流れる充電電流が小さくなるため、充電時間が長くなり、徐励コンデンサ４０７の両端電圧に応じて設定されるスイッチングトランジスタ１２の導通率の上昇に時間がかかる。反対に、Ｄ／Ａ変換器４０１の出力電圧が高い場合には、徐励コンデンサ４０７に流れる充電電流が大きくなるため、充電時間が短くなり、徐励コンデンサ４０７の両端電圧に応じて設定されるスイッチングトランジスタ１２の導通率の上昇が短時間に行われる。
【００４５】
また、発電電圧目標値の設定は、図４に示したラッチ２１６に保持された値をＤ／Ａ変換器４１１によってアナログ値に変換することにより行われる。差動増幅器４１２は、Ｄ／Ａ変換器４１１の出力電圧とＢ端子電圧の分圧電圧との差分を増幅し、電圧比較器４１３によってその増幅電圧と徐励コンデンサ４０７の両端電圧とが比較される。徐励コンデンサ４０７の両端電圧の方が差動増幅器４１２の出力電圧よりも低い場合には、電圧比較器４１３の出力端がハイレベルに、すなわちトランジスタ４１４のベース電位が低くなるため、トランジスタ４１４がオフ状態になって、上述した徐励時間信号に応じて設定された充電電流で徐励コンデンサ４０７が充電される。したがって、実際の発電電圧よりも目標電圧の方が高い場合には、徐励コンデンサ４０７の両端電圧が上昇し、この両端電圧に応じて設定される実際の発電電圧も上昇する。反対に、実際の発電電圧の方が目標電圧よりも高い場合には、トランジスタ４１４がオン状態になって、抵抗４１５を介して徐励コンデンサ４０７が放電されるため、その両端電圧が低下し、実際の発電電圧も低くなる。
【００４６】
また、制限Ｆｄｕｔｙの設定は、図４に示したラッチ２１７に保持された値をＤ／Ａ変換器４２１によってアナログ値に変換することにより行われる。電圧比較器４２２の２つの入力端子には、鋸波発生回路４２３の鋸波電圧とアナログスイッチ４２４を介した徐励コンデンサ４０７の両端電圧とがそれぞれ印加されており、電圧比較器４２２は、これら２つの入力電圧を比較することにより、徐励コンデンサ４０７の両端電圧に対応したデューティ比を有するＰＷＭ信号をスイッチングトランジスタ１２に送る。電圧比較器４２５は、徐励コンデンサ４０７の両端電圧と、Ｄ／Ａ変換器４２１の出力電圧を比較し、徐励コンデンサ４０７の両端電圧の方が低い場合（徐励コンデンサ４０７の両端電圧に対応するＦｄｕｔｙの方が制限Ｆｄｕｔｙよりも小さい場合）には、アナログスイッチ４２４がオン状態になって、上述した徐励コンデンサ４０７の両端電圧に基づくＰＷＭ信号が生成される。反対に、徐励コンデンサ４０７の両端電圧の方が高い場合（制限Ｆｄｕｔｙ信号によってスイッチングトランジスタ２２の導通率を下げて発電量を低下させる場合に対応する）には、インバータ回路４２６に接続されているアナログスイッチ４２７がオン状態になって、徐励コンデンサ４０７の両端電圧の代わりにＤ／Ａ変換器４２１の出力電圧が電圧比較器４２２に印加される。したがって、制限Ｆｄｕｔｙ信号に対応したデューティ比を有するＰＷＭ信号が生成され、スイッチングトランジスタ１２に送られる。
【００４７】
このように、本実施形態のレギュレータ１は、受信した信号の周期に基づいて信号の種類を判別し、信号のデューティ比によって各信号に対応した制御変数の値を広範囲にわたって連続的に設定することができ、これら複数種類の制御信号に基づく複雑な制御が可能となる。例えば、車両やバッテリ４の状態に応じて、充電性能や燃費の向上を目的とした発電制御が可能になる。また、エンジン制御装置等の信号の送信側において、制御のアルゴリズムや設定値の変更が必要になった場合であっても、各種の制御信号のデューティ比とそれによって設定される制御変数との関係を変更すればよいため、単にソフトウエアを変えるだけで対処することができる。
【００４８】
また、車両毎にＥＣＵ５の仕様が異なっても、ＥＣＵ５側で各種制御信号の周期とデューティ比を設定するだけでよいため、レギュレータ１の品種を増やすことなく対応することができる。また、各制御信号としてＰＷＭ信号が用いられているため、ノイズの影響を受けにくく、高速に制御信号の送受を行うことができる。
【００４９】
さらに、各種制御信号の周期とデューティ比は、ＥＣＵ５側のソフトウエアで容易に変更することができ、しかも各種の制御変数の設定は必ずしもリアルタイムな処理を必要としないため、ＥＣＵ５における処理の負担が軽く、エンジン制御等の他の処理に負担をかけることもない。このため、本実施形態のレギュレータ１は、ほとんどの車両に搭載されたＥＣＵ５と組み合わせて用いることができ、汎用性に優れている。
【００５０】
図８は、ＥＣＵ５からレギュレータ１に向けて出力される制御信号の好ましい具体例を示す図である。図８に示すように、レギュレータ１に入力される制御信号には、制限Ｆduty信号に対応する区間ａと、発電電圧目標信号に対応する区間ｂと、徐励時間信号に対応する区間ｃとが所定の順番で含まれており、しかもこれらの各区間が所定の周期で繰り返される。図４に示した外部信号受信回路１８内の３つのカウンタ２２１、２２２、２２３のそれぞれがリセットされてからトリガパルスが出力されるまでの所定時間は、この繰り返し周期以上に設定されている。したがって、周期的な制御信号が繰り返し入力されている間は、この入力された制御信号のデューティ比に基づいて徐励時間、発電電圧目標値、制限Ｆdutyのそれぞれが設定される。また、制御信号の周期的な入力が中断した場合には、入力が途絶えた制御信号に対応する徐励時間、発電電圧目標値、制限Ｆdutyのいずれかあるいは全部が所定のデフォルト値に設定される。
【００５１】
このように、３つの制御信号が所定の順番で周期的に入力されており、ノイズ等によって誤設定がなされた場合であっても、次の周期で適正な設定値に変更されるため、ノイズ等の影響を最小限に抑えることができる。また、各制御信号に対応したデフォルト値が出力されるまでの時間をこの制御信号の繰り返し周期よりも長い時間に設定することにより、正常に各種の制御信号が入力されている場合にはこの入力された制御信号に基づいて制限Ｆduty等の値を設定し、各種の制御信号の入力が途絶えた場合には制限Ｆduty等の値を確実にデフォルト値に設定することができる。また、３つの制御信号の入力の有無を調べる場合であっても、繰り返し周期内に入力された信号のみを調べればよいため、信号入力の有無を調べるために複雑なロジック回路等を追加する必要がない。
【００５２】
ところで、上述した実施形態では、受信した３種類の制御信号のそれぞれに対応した制御変数の値を各信号のデューティ比に応じて設定するようにしたが、一部の信号について、デューティ比によらずに制御変数を一定値に制御するようにしてもよい。例えば、図９に示すように、徐励時間信号を受信したときにそのデューティ比にかかわらず徐励時間を０ｓｅｃに設定し、徐励時間信号が送られてこない場合にはデフォルト値に対応する５秒に設定する。このように、連続的に可変する必要がある制御変数についてはデューティ比に基づく設定を行い、２段階程度の設定で充分な制御変数については、固定的な一定値を設定することにより、外部信号受信回路１８の回路構成を簡素化することができる。
【００５３】
図１０は、レギュレータ１に含まれる外部信号受信回路の変形例を示す図であり、制限Ｆdutyと発電電圧目標値に対応した２種類の制御信号が交互に周期的に入力される場合の構成が示されている。例えば、制限Ｆdutyに対応した制御信号が入力された場合には、この制御信号に基づいて設定された制限Ｆdutyを用いて発電制御を行う。この場合には、徐励時間の設定は必要ないため、ある程度大きな値に設定するか、あるいはキャンセル（０ｓｅｃに設定）しておく。また、信号線やＥＣＵ５の異常等によって制限Ｆdutyに対応した制御信号が入力されない場合には、制限Ｆdutyをデフォルト値（例えば１００％）に設定するとともに、徐励時間もデフォルト値（例えば５ｓｅｃ）に設定する。
【００５４】
図１０に示した外部信号受信回路は、図４に示した外部信号受信回路１８に比べると、徐励時間に対応した制御信号が入力されたときにこの制御信号のデューティ比に基づいて徐励時間を設定するために用いられていたアンド回路２０７、ラッチ２１５およびカウンタ２２１のそれぞれを、Ｄ型フリップフロップ２６０、レジスタ２６２、２６４、セレクタ２６６に置き換えた構成を有している。
【００５５】
Ｄ型フリップフロップ２６０は、制限Ｆdutyを設定するために備わったアンド回路２０９の出力端子がクロック端子に、カウンタ２２３の出力端子がリセット端子にそれぞれ接続されている。したがって、制限Ｆduty信号が受信されてアンド回路２０９からラッチ信号が出力されると、Ｄ型フリップフロップ２６０は、入力端子Ｄに固定的に入力されるハイレベルの信号を取り込んで保持し、出力端子Ｑからハイレベルの信号を出力する。また、制限Ｆduty信号が入力されない状態で所定時間が経過するとカウンタ２２３からトリガパルスが出力されるので、Ｄ型フリップフロップ２６０がリセットされ、出力端子Ｑから出力される信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【００５６】
セレクタ２６６は、制御端子にＤ型フリップフロップ２６０から出力される信号が入力されており、この信号がハイレベルのときに一方の入力端子１に入力されるデータを選択し、反対にローレベルのときに他方の入力端子０に入力されるデータを選択する。セレクタ２６６の一方の入力端子１には一方のレジスタ２６２が接続されており、他方の入力端子０には他方のレジスタ２６４が接続されている。
【００５７】
レジスタ２６４には、制限Ｆduty信号が入力されない場合に設定される徐励時間のデフォルト値が格納されている。このデフォルト値としては、例えば徐励時間５秒に対応する値が設定されている。また、レジスタ２６２には、制限Ｆduty信号が入力されたときに設定される徐励時間に対応する値が格納されている。この値は、レジスタ２６４に格納されているデフォルト値よりも大きな値が設定されており、制限Ｆduty信号が入力されたときに設定される徐励時間は、レジスタ２６４のデフォルト値に基づいて設定される徐励時間（例えば５秒）よりも短い時間となる。なお、徐励時間０秒に対応する値をレジスタ２６２に格納することにより、徐励制御自体を解除あるいは停止するようにしてもよい。
【００５８】
図１１は、図１０に示した外部信号受信回路の動作手順を示す流れ図である。キースイッチがオンされて、外部信号受信回路が動作可能な状態になると、まず、３つの制御変数としての制限Ｆduty、設定電圧目標値、徐励時間のそれぞれがデフォルト値に初期設定される（ステップＳ１）。例えば、ラッチ２１７のプリセット端子にパワーオンリセット信号を入力することにより、制限Ｆdutyがデフォルト値に対応した１００％に設定される。同様に、ラッチ２１６のプリセット端子にパワーオンリセット信号を入力することにより、設定電圧目標値がデフォルト値に対応した１４．５Ｖに設定される。また、Ｄ型フリップフロップ２６０のリセット端子にパワーオンリセット信号を入力することにより、レジスタ２６４に格納されたデフォルト値がセレクタ２６６において選択され、徐励時間がデフォルト値に対応した５秒に設定される。
【００５９】
その後、所定時間（例えば２００ｍｓ）以内に調整電圧目標信号が受信されたか否かが判定される（ステップＳ２）。図１２は、ＥＣＵ５から出力される制御信号の具体例を示す図である。図１２に示す制御信号には、制限Ｆduty信号に対応する区間ａと、発電電圧目標信号に対応する区間ｂとが交互に含まれており、それぞれの信号の繰り返し周期が例えば２００ｍｓに設定されている。ステップＳ２あるいは後述するステップＳ５の判定で用いられる所定時間は、この繰り返し周期よりも長い時間に設定される。
【００６０】
２００ｍｓ以内にＥＣＵ５から調整電圧目標信号が送られてきた場合には、除算回路２１２から出力される調整電圧目標信号のデューティ比がアンド回路２０８から出力されるラッチ信号に同期してラッチ２１６に取り込まれ、このデューティ比に基づいて調整電圧目標値が設定される（ステップＳ３）。一方、２００ｍｓ以内にＥＣＵ５から調整電圧目標信号が送られてこない場合には、カウンタ２２２から出力されるトリガパルスによってラッチ２１６がプリセットされるため、ラッチ２１６から出力されるデフォルト値（例えば１４．５Ｖ）を用いて調整電圧目標値が設定される（ステップＳ４）。
【００６１】
また、上述した調整電圧目標値の設定動作と並行して、所定時間（例えば２００ｍｓ）以内に制限Ｆduty信号が受信されたか否かが判定される（ステップＳ５）。２００ｍｓ以内にＥＣＵ５から制限Ｆduty信号が送られてきた場合には、除算回路２１２から出力される制限Ｆduty信号のデューティ比がアンド回路２０９から出力されるラッチ信号に同期してラッチ２１７に取り込まれ、このデューティ比に基づいて制限Ｆdutyが設定される（ステップＳ６）。また、アンド回路２０９から出力されるラッチ信号に同期してＤ型フリップフロップ２６０の出力信号がハイレベルになるため、長い徐励時間（０秒あるいはレジスタ２６４に格納されたデフォルト値よりも長い時間）に対応するレジスタ２６２の格納値がセレクタ２６６によって選択され、徐励制御が停止される（ステップＳ７）。
【００６２】
一方、２００ｍｓ以内にＥＣＵ５から制限Ｆduty信号が送られてこない場合には、カウンタ２２３から出力されるトリガパルスによってラッチ２１７がプリセットされるため、ラッチ２１７から出力されるデフォルト値を用いて制限Ｆdutyが設定される（ステップＳ８）。また、カウンタ２２３から出力されるトリガパルスによってＤ型フリップフロップ２６０がリセットされるため、レジスタ２６４に格納されたデフォルト値（例えば５秒）がセレクタ２６６によって選択され、このデフォルト値に基づいて徐励時間が設定される（ステップＳ９）。上述したステップＳ２〜Ｓ９の処理がキースイッチがオフされるまで繰り返される（ステップＳ１０）。
【００６３】
このように、制限Ｆduty信号が受信可能な場合には、制限Ｆdutyの値を可変することにより徐励時間を制御することができるため、この徐励時間の設定値を大きく設定したり、あるいは全く設定しないで徐励制御を行わなくても、エンジンに対して急激に負荷が加わることがない。したがって、アイドリング時等においてエンジンに加わる負荷が急激に増してエンジンストールを引き起こすことを防止することができる。また、制限Ｆduty信号を受信できない場合であっても、デフォルト値に基づいて徐励時間が設定されるため、徐励時間が極端に短くなってエンジンに加わる負荷が急増することを防止することができ、信号線の断線やＥＣＵ５の故障等によって制限Ｆduty信号が受信できない場合にエンジンストール等の不都合が生じることもない。
【００６４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、制御信号のデューティ比に応じて、対応する制御変数の値を設定するようにしたが、各制御信号の波高値の大小に応じて、対応する制御変数の値を設定するようにしてもよい。この場合には、図１３に示すように、図４に示したカウンタ２１０、ラッチ２１１、除算回路２１２、アンド回路２０７、２０８、２０９、デューティ比判定回路２４０をＡ／Ｄ変換器２５０に置き換えることができるため、外部信号受信回路１８の回路規模を縮小して低コスト化を実現することができる。
【００６５】
また、上述した実施形態では、ＥＣＵ５からレギュレータ１に対して複数の制御信号を送信する場合を説明したが、反対にレギュレータ１からＥＣＵ５やその他の装置に対して、それぞれの周期（あるいは波高値）を異ならせた複数の制御信号を送信することもできる。この場合に、複数の制御信号としては、Ｆｄｕｔｙ値、励磁電流値、オルタネータ２の回転数、ステータコイル２０の相電圧、レギュレータ１やオルタネータ２の故障信号などの状態信号が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【図２】レギュレータに含まれる外部信号受信回路の構成を示すブロック図である。
【図３】３種類の制御信号の波形を示す図である。
【図４】外部信号受信回路の詳細構成を示す図である。
【図５】電源回路の詳細構成を示す図である。
【図６】各種の制御信号のデューティ比と設定値の関係を示す図である。
【図７】発電制御回路の詳細構成を示す図である。
【図８】ＥＣＵからレギュレータに向けて出力される制御信号の好ましい具体例を示す図である。
【図９】各種の制御信号のデューティ比と設定値の関係を示す図である。
【図１０】レギュレータに含まれる外部信号受信回路の変形例を示す図である。
【図１１】図９に示した外部信号受信回路の動作手順を示す流れ図である。
【図１２】ＥＣＵ５から出力される制御信号の具体例を示す図である。
【図１３】外部信号受信回路の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１レギュレータ
２オルタネータ
５ＥＣＵ
１６発電制御回路
１８外部信号受信回路
３０周期検出部
４０信号種類判別部
５０デューティ比検出部
６０制御変数設定部

Claims

互いに周期が異なる複数のパルス信号を受信し、この受信した信号の周期を検出する周期検出手段と、
前記周期検出手段によって検出した信号の周期に基づいて信号の種類を判別する信号種類判別手段と、
受信した信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、
受信した信号の種類とデューティ比とに基づいて、制御変数を設定する変数設定手段と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１において、
受信した信号のデューティ比が所定の範囲内に含まれているか否かを判定するデューティ比判定手段を備え、
前記デューティ比判定手段による判定結果に基づいて、受信した信号のデューティ比が所定の範囲からはずれるときに、前記変数設定手段による前記制御変数の設定を行わないことを特徴とする車両用発電制御装置。
互いに周期が異なる複数のパルス信号を受信し、この受信した信号の周期を検出する周期検出手段と、
前記周期検出手段によって検出した信号の周期に基づいて信号の種類を判別する信号種類判別手段と、
受信した信号の波高値を検出する波高値検出手段と、
受信した信号の種類と波高値とに基づいて、制御変数を設定する変数設定手段と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
所定時間内に受信しないいずれかの種類の信号がある場合に、前記変数設定手段は、この信号に応じて設定する前記制御変数を予め設定された値に変更することを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記変数設定手段によって設定される制御変数には、制御対象となる発電機の発電電圧目標値が含まれることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記変数設定手段によって設定される制御変数には、制御対象となる発電機の界磁巻線に対する通電をスイッチングするスイッチング手段の導通率の上限値が含まれることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記変数設定手段によって設定される制御変数には、制御対象となる発電機の界磁巻線に対する通電をスイッチングするスイッチング手段の導通率の増加速度の上限値が含まれることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項６において、
前記スイッチング手段の導通率の上限値に対応する信号が所定時間内に受信できない場合には、前記導通率の増加速度の上限値を予め設定された値に変更し、受信できた場合には、前記増加速度の上限値を予め設定された前記値よりも大きく設定、あるいは前記増加速度の上限値の設定を解除することを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記複数のパルス信号が所定の順番で周期的に入力されることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項４において、
前記複数のパルス信号が所定の順番で周期的に入力されており、前記制御変数を予め設定された値に変更する前記所定時間が、前記複数のパルス信号が入力される繰り返し周期以上に設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。